violación del sabor leptónico

Los neutrinos son partículas diminutas que, cada segundo, atraviesan nuestros cuerpos por miles de millones sin tocar ni un solo átomo. Tienen una propiedad misteriosa: en su camino desde el Sol o un acelerador, pueden cambiar de tipo, o "sabor", por ejemplo, de neutrino electrónico a neutrino muónico.

Unas balanzas ultraprecisas intentan captar la diferencia entre dos granos de arena casi idénticos. Uno de ellos es el reflejo perfecto del otro, como en un espejo. En el mundo de las partículas elementales, ese reflejo especular se denomina paridad P, y su violación es uno de los mayores enigmas de la física.

En los primeros instantes después del Big Bang, la materia y la antimateria estaban casi en proporciones iguales. Pero algo rompió el equilibrio y, al final, solo quedó un diminuto exceso de partículas ordinarias: precisamente ese del que están hechas las estrellas, los planetas y nosotros mismos.

El universo temprano se asemeja a un caldero hirviendo donde las partículas y las antipartículas nacen y mueren en proporciones iguales. Pero hoy a nuestro alrededor solo hay materia: estrellas, planetas, nosotros mismos. ¿Cómo surgió un diminuto exceso de una milmillonésima parte a partir de la igualdad inicial?

Una estrella masiva agota su combustible y su núcleo colapsa en fracciones de segundo. Nace una supernova y, con ella, una lluvia breve pero intensa de neutrinos. Estas partículas apenas interactúan con la materia, por lo que escapan libremente llevando información sobre la catástrofe.

Una balanza capaz de pesar lo invisible: así funciona la relación de desintegraciones de los mesones ligeros (pión y kaón) en electrones y muones. Si la naturaleza obedece las mismas reglas para todas las generaciones de partículas, los platillos de esta balanza marcan un número estrictamente definido. Pero si en algún lugar se esconde una fuerza desconocida, la aguja temblará.

Los neutrinos recuerdan a bailarines invisibles que cambian de máscara en pleno salto. Los tres tipos de estas partículas —el neutrino electrónico, el muónico y el tau— se transforman constantemente entre sí. Esta danza se describe mediante una compleja matriz de mezcla, y los físicos llevan tiempo intentando descomponerla en movimientos simples.

Cuando una estrella gigante colapsa en una supernova o dos bolas de neutrones se fusionan en una danza cósmica, billones de neutrinos se llevan la energía del cataclismo.

En 2021, el observatorio LHAASO registró fotones gamma con energías superiores al petaelectronvoltio procedentes de fuentes como la Nebulosa del Cangrejo, el remanente de una explosión de supernova en cuyo centro late una estrella de neutrones.

En el interior de una estrella de neutrones, el remanente de una estrella que explotó, la materia está tan comprimida que una cucharadita pesa miles de millones de toneladas. Entre esta materia superdensa, quizás actúe un tipo especial de fuerza, una que solo afecta a los neutrinos muónicos y tauónicos.

El electrón y el muón son migajas magnéticas. Su magnetismo es ligeramente mayor que dos (en unidades especiales), y esta 'fracción excedente' (momento magnético anómalo) surge del constante oleaje en el vacío: pares de partículas que aparecen y desaparecen por un instante.

El universo no solo se expande: también resuena. Tras el Big Bang, en su tejido quedaron cuerdas tensas, finas como un protón pero pesadas como una cordillera. Sus vibraciones generan ondas gravitacionales, y en esa radiación, como en una partitura, está cifrada la historia de las simetrías fundamentales.

En un lado de la balanza está toda la materia del universo; en el otro, toda la antimateria. Según las leyes de la física, en el momento del nacimiento del mundo los platillos deberían haberse equilibrado. Pero vemos que un lado pesa más: a nuestro alrededor hay estrellas, planetas, personas, y casi nada de antimateria. Este desequilibrio es uno de los grandes misterios.

En los primeros instantes tras el Big Bang, la materia y la antimateria deberían haber nacido en igual cantidad. Pero hoy solo vemos materia: estrellas, planetas, nosotros mismos. ¿Dónde quedó la antimateria? Una de las pistas se esconde en partículas casi imperceptibles: los neutrinos diestros.

Un imán con un solo polo: el norte, pero sin el sur. Córtalo por la mitad y, en lugar de dos imanes normales, obtendrás dos imanes de un solo polo. En nuestro mundo aún no se han encontrado partículas así, aunque muchas teorías predicen su existencia. Estos objetos hipotéticos se llaman monopolos magnéticos. Los autores del trabajo han notado una conexión curiosa.

Dos péndulos casi idénticos se ponen en marcha al mismo tiempo. Uno se amortigua rápido, el otro oscila durante mucho tiempo. En algún momento, sus movimientos se superponen — y en el patrón conjunto emerge un sutil desplazamiento, imperceptible por separado.

La velocidad de la luz en el vacío es el metrónomo de la física: marca el ritmo de todos los procesos. Si se desincroniza, la armonía habitual se derrumba. Los neutrinos, partículas cósmicas omnipresentes pero casi esquivas, pueden verificar si este ritmo se altera en condiciones extremas.

Cuando una estrella masiva muere, su núcleo colapsa y nace una tormenta de neutrinos. Estas partículas fantasma salen disparadas y, de camino, cambian de tipo, como un camaleón cambia de color. Esta danza de sabores puede impulsar la explosión o, por el contrario, atenuarla. Pero esta danza tiene un coreógrafo: los cambios de densidad de la materia.

El leptón tau es un pariente pesado del electrón que vive menos de una billonésima de segundo. Normalmente se desintegra en partículas más ligeras, pero nunca directamente en tres muones: esa transición está prohibida por las leyes conocidas de la física de partículas. Si ocurriera, significaría que en la naturaleza actúan fuerzas desconocidas.

En el detector LHCb, como en una cámara gigante con miles de millones de «instantáneas», se capturan eventos raros: cómo partículas de vida corta, los mesones B, se desintegran en otras más ligeras. Una de estas desintegraciones, en la que un mesón B se convierte en un kaón y un par de muones, resulta especialmente interesante.

Dos equipos de radiotelescopios apuntaron sus antenas a dos nubes de gas: una en el mismo centro de la Vía Láctea y otra en sus tranquilas afueras. En ambas nubes hay moléculas de metanol —un alcohol que en el espacio actúa como un diminuto péndulo: absorbe y emite ondas de radio a frecuencias estrictamente definidas.

El Sol no solo brilla: emite continuamente flujos de partículas diminutas, los neutrinos. Nacen en las reacciones termonucleares del núcleo y atraviesan la estrella casi sin obstáculos. Pero dentro del Sol hay campos magnéticos que pueden influir en estas partículas, como corredores invisibles que desvían ligeramente su camino.

Un modelo de lenguaje de proteínas es como un chef que ha aprendido de miles de recetas y ahora inventa platos nuevos. A veces se entusiasma y le echa sal a todos los platos porque en un buen libro de cocina había mucha. En las proteínas, esa repetición no es solo fea: los segmentos idénticos de la cadena vuelven a la proteína frágil, no puede plegarse en la forma correcta y no funciona.

El muón es el hermano pesado del electrón, que vive solo dos millonésimas de segundo. En un campo magnético gira como una peonza, pero un poco más rápido de lo que predicen las fórmulas. Hace veinte años, en Brookhaven, notaron ese 'un poco más rápido', y desde entonces los físicos han debatido: o los instrumentos mienten, o en el vacío se esconden partículas desconocidas.

El cosmos está lleno de materia oscura invisible que solo se delata por la gravedad. Su existencia fue sospechada por Fritz Zwicky y confirmada por Vera Rubin.

Nuestro Sol emite flujos de neutrinos, partículas que casi no interactúan con la materia. Al atravesar la densa materia solar, cambian de tipo — los científicos llaman a esto «sabor». Es como una voz que cambia al atravesar una multitud: cuanto más denso el entorno, mayor es la distorsión.

Predichos por Wolfgang Pauli y bautizados por Enrico Fermi, los neutrinos son partículas casi indetectables. Dentro de las supernovas gigantes moribundas y de las estrellas de neutrones en fusión, se producen cantidades inimaginables.

En 2016, el detector LHCb del Gran Colisionador de Hadrones registró millones de colisiones protón-protón. Entre los escombros de esas colisiones nacían mesones B neutros, partículas que pueden transformarse espontáneamente en sus antipartículas y viceversa.